1. Ćwiczenia Laboratoryjne z Mechaniki Gruntów

Temat: Podstawowe cechy fizyczne gruntu

Rok studiow: III Adam Kondolewicz

Nr indeksu: 119002

Data ćw.: 29.10.2003r.

Grupa: Środa 11.15-13.00

1. Definicje i wzory.

1.1. Podstawowe cechy fizyczne.

Gęstość objętościowa gruntu ρ jest to stosunek masy próbki gruntu do jej objętości (łącznie z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_m - masa próbki gruntu [g],

V - objętość próbki [cm³],

m_mt - masa pierścienia z gruntem [g],

m_t - masa pierścienia [g],

V_p - objętość pierścienia [cm³].

Ciężar objętościowy γ jest to wartość stosowana w praktyce zamiast gęstości objętościowej i wyraża się go ilorazem gęstości objętościowej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,8 [m/s²] ).

Gęstość właściwa gruntu ρ_s jest to stosunek masy suchego szkieletu gruntowego do jego objętości (bez porów)

[g/cm­³]

gdzie:

m­_s - masa szkieletu gruntowego [g],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³].

Ciężar właściwy γ_s jest wartością stosowaną w praktyce w obliczeniach technicznych wyraża się go ilorazem gęstości właściwej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,8 [m/s²] ).

Wilgotnością naturalną gruntu w nazywamy stosunek masy wody zawartej w porach gruntu do masy szkieletu gruntowego, wyrażony w procentach

gdzie:

m_w - masa wody w porach gruntu [g],

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

m_m - masa próbki gruntu wilgotnego [g].

1.2. Pochodne cechy fizyczne gruntu.

Porowatość gruntu n jest to stosunek objętości porów w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości (szkieletu i porów)

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V - objętość całkowita próbki (szkieletu gruntowego i porów) [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Wskaźnik porowatości gruntu e jest to stosunek objętości porów w gruncie do objętości szkieletu gruntowego

[-]

gdzie:

V_p - objętość porów w próbce [cm³],

V_s - objętość szkieletu gruntowego [cm³],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

ρ_d - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm³].

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d jest to stosunek masy szkieletu gruntowego w danej próbce do jej objętości (razem z porami)

[g/cm³]

gdzie:

m_s - masa próbki gruntu wysuszonej w temperaturze 105-110º C [g],

V - objętość próbki gruntu przed wysuszeniem [cm³],

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

w - wilgotność gruntu [%].

Ciężar objętościowy szkieletu gruntowego γ_d jest wartością stosowaną w praktyce w obliczeniach technicznych wyraża się go ilorazem gęstości objętościowej oraz przyśpieszenia ziemskiego

[kN/m³]

gdzie:

ρ - gęstość objętościowa gruntu [g/cm³],

g - przyśpieszenie ziemskie ( 9,8 [m/s²] ),

γ - ciężar objętościowy gruntu [kN/m³],

w - wilgotność gruntu [%].

Stopień wilgotności gruntu (stopień zawilgocenia) S_r jest to stosunek objętości wody w porach gruntu do objętości porów

[-]

gdzie:

V_w - objętość wody wypełniającej pory gruntu [cm³],

V_p - objętość porów [cm³],

w - wilgotność gruntu [%],

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³],

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

w_sr - wilgotność całkowita [%].

Wilgotność całkowita występuje, gdy stopień wilgotności gruntu S_r=1,0, czyli gdy wszystkie pory w gruncie są całkowicie wypełnione wodą

[%]

gdzie:

e - wskaźnik porowatości gruntu [-],

ρ_w - gęstość wody ( 1 [g/cm³] ),

ρ_s - gęstość właściwa gruntu [g/cm³].

W zależności od stopnia wilgotności S_r rozróżnia się następujące stany zawilgocenia gruntów niespoistych:

- suchy,

- wilgotny,

- nawodniny,

oraz spoistych:

- suchy,

- mało wilgotny,

- wilgotny,

- mokry,

- nawodniony.

2. Część opisowa.

2.1. Wyznaczenie wilgotności naturalnej.

Wilgotność naturalną wyznaczyłem metodą suszenia próbek gruntu w temperaturze 105-110º. W tej temperaturze z gruntu ustępuje woda wolna, kapilarna i błąkowata. Na samym początku waży się puste, wysuszone i ochłodzone naczynka wagowe. Próbkę gruntu umieszcza się w tych naczynkach i waży. Badanie przeprowadza się dla dwóch próbek tego samego gruntu. Zważoną próbkę wstawia się do suszarki. Otrzymane wyniki posłużą do wyliczenia wilgotności naturalnej gruntu.

2.2. Wyznaczenie gęstości objętościowej.

Pomiaru gęstości objętościowej gruntu dokonałem metodą pierścienia tnącego. Początkowo należy zważyć sam pierścień oraz pomierzyć jego średnicę i wysokość. Następnie liczymy wewnętrzną objętość pierścienia. Pierścień należy ustawić zaostrzoną krawędzią na wyrównanej próbce gruntu, a następnie zagłębić w gruncie tak, aby nie powstały szczeliny między ścianką pierścienia a próbką gruntu. Wypełniony pierścień wyjmuje się z gruntu, oczyszcza jego zewnętrzne ściany, a grunt wyrównuje równo z krawędziami pierścienia. Pierścień waży się razem z gruntem. Wyniki pomiarów pozwolą określić nam gęstość objętościową.

Inne metody wyznaczania gęstości objętościowej:

- metoda rtęciowa przy zastosowaniu objętościomierza

Metoda ta polega na wycięciu z gruntu o nienaruszonej strukturze próbki gruntu o objętości 10-20 cm³. Wyciętą próbkę waży się. Do objętościomierza wlewa się odpowiednia ilość rtęci i zeruje się noncjusz. Zważoną próbkę wkłada się do rtęci. Po ustaleniu poziomu rtęci odczytuje się wynik na podziałce nincjusza, który jest objętością próbki. Objętość posłuży nam do obliczenia gęstości objętościowej.

- metoda wyporu hyudrostatycznego

Metoda ta polega na wycięciu z gruntu o nienaruszonej strukturze próbki gruntu o objętości 20-30 cm³ i wygładzeniu jej nożem. Wyciętą próbkę waży się. Do zważonej próbki przymocowuje się nitkę. Zanurza się próbkę w gorącej parafinie tak aby ta została powleczona cienką jej warstwą. Waży się próbkę powleczoną parafiną. Waży się próbkę zanurzając ją w wodzie. Po zważeniu próbkę wyjmuje się z wody osusza i waży ponownie z celu stwierdzenia czy nie przedostała się do niej woda. Otrzymane wartości m_m oraz m_p posłużą do obliczenia gęstości objętościowej.

2.3. Wyznaczenie ciężaru objętościowego gruntu.

Mając gęstość objętościową jesteśmy w stanie policzyć ciężar objętościowy gruntu. W tym celu mnożymy gęstość objętościowa przez wartość przyśpieszenia ziemskiego.

2.4. Wyznaczenie gęstości właściwej gruntu.

Na podstawie prób rozcierania w wodzie oraz wałeczkowania określamy nazwę, rodzaj i stan naszej próbki gruntu. Pozwoli to nam na odczytanie z normy PN-81/B-03020 gęstości właściwej gruntu. Ta z kolei posłuży nam do policzenia ciężaru właściwego gruntu.

Po odczytaniu z norm i wyliczeniu, na podstawie badań laboratoryjnych, podstawowych cech fizycznych gruntu, jesteśmy w stanie policzyć pochodne cechy fizyczne gruntu. Do ich uzyskania posłużą wzory, które zamieściłem w części teoretycznej mojego sprawozdania.

3.Uwagi i wnioski.

Ze względu na to, że glina jest gruntem spoistym nie jestem w stanie określić dla niej stanu wilgotności.

---